1、 年 第 期总 第 期福 建 建 筑 基 于 机 器 人 的 智 能 化 混 凝 土 施 工 技 术 研 究 以 广 东 凤 桐 花 园 一 期 项 目 为 例曹 晟 杨 明（广 东 博 嘉 拓 建 筑 科 技 有 限 公 司 广 东 佛 山）摘 要：采 用“智 能 随 动 布 料 机 整 平 机 器 人 抹 光 机 器 人”，实 现 混 凝 土 的 智 能 化、自 动 化 施 工 和 机 械 设 备 一 体 化。本 研 究 分 析 探 讨 智 能 化 混 凝 土 施 工 技 术 的 技 术 原 理、工 艺 流 程 和 质 量 控 制 要 求 等，并 对 此 技 术 进 行 了 效 益 分 析
2、。基 于机 器 人 的 智 能 化，混 凝 土 施 工 技 术 实 现 了 代 替 人 工 的 自 动 化 施 工，加 快 了 现 场 施 工 速 度，提 高 了 工 作 效 率。关 键 词：智 能 随 动 布 料 机；整 平 机 器 人；抹 光 机 器 人；智 能 化 施 工；自 动 化 施 工中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：文 章 编 号：（）（.，）：、，.，.，.：；作 者 简 介：曹 晟（），男，助 理 工 程 师。：收 稿 日 期：引 言在 建 筑 施 工 过 程 中，混 凝 土 工 程 主 要 由 浇 筑、整平、抹 平、抹 光 施 工 组 成。混 凝 土 施 工 工 作
3、环 境 恶 劣、工 人 持 续 工 作 时 间 较 长、精 度 要 求 较 高，是 费 时 费 力、工 作 强 度 大 的 一 项 工 作。传 统 浇 筑 作 业 的 缺 点 明 显，其 一，传 统 布 料 机 需 要 多 人 操 作 且 操 作 困 难，工 作 强度 大。其 二，传 统 浇 筑 后 的 整 平 工 作 需 要 通 过 大 量 人工 配 合 反 复 测 量 刮 平，但 容 易 产 生 误 差，使 得 整 平 后的 混 凝 土 表 面 质 量 较 差。其 三，混 凝 土 地 面 抹 光 主 要由 人 工 采 用 手 扶 抹 光 机 进 行 作 业，在 混 凝 土 浇 筑 完 成至
4、 初 凝 后，工 人 通 常 需 要 通 宵 熬 夜 完 成 所 有 浇 筑 面积，劳 动 环 境 差，工 作 强 度 大，施 工 质 量 与 效 率 较 低。综 上，整 个 混 凝 土 浇 筑 过 程 繁 琐 且 人 工 需 求 多、控 制基 准 难、效 率 低。原 传 统 施 工 作 业 方 式 工 作 强 度 大、工 期 长、作 业 环 境 恶 劣，效 率 低，已 经 不 再 适 合 发 展 的需 求。而 机 械 设 备 一 体 化、智 能 化、自 动 化 的 人 机 协作 工 艺 将 成 为 主 流 施 工 方 式，国 内 建 筑 施 工 领 域 机 器人 的 使 用 前 景 可 期。
5、技 术 特 点本 施 工 技 术 通 过 采 用“智 能 随 动 布 料 机 整 平 机器 人 抹 光 机 器 人”方 法，运 用 大 数 据 物 联 网、智 能 识别、传 感 互 动、使 用 激 光 标 高 控 制 系 统，依 据 高 精 度 基准 点 实 时 调 节 控 制 完 成 面 平 整 度，实 现 代 替 人 工 的 自动 化 施 工。相 比 于 传 统 施 工 方 式，本 技 术 具 有 以 下 的 特 点：（）各 项 指 标 的 提 高采 用 的 智 能 随 动 式 布 料 机 省 人、省 力、易 操 作，可精 确 布 料；整 平 机 器 人 装 配 振 捣 机 构，可 以 依
6、 据 激 光发 射 器 标 高 实 时 调 整 整 平 头 高 度，保 证 整 平 面 标 高 一致 且 符 合 要 求。混 凝 土 终 凝 前，再 采 用 抹 光 机 器 人 代替 人 工 高 精 度 抹 光，能 够 有 效 保 证 混 凝 土 面 成 型 效果，减 小 误 差。（）工 人 劳 动 强 度 低浇 筑 过 程 采 用 的 智 能 随 动 布 料 机 浇 筑 软 管，末 端可 根 据 工 人 操 作 移 动 方 向 智 能 随 动，减 小 作 业 的 劳 动强 度；混 凝 土 浇 筑 后 采 用 的 整 平 和 抹 光 机 器 人，皆 采用 自 主 定 制 开 发 的 导 航 定
7、 位 技 术，可 以 通 过 作业 区 域 路 径 规 划，实 现 整 平 和 抹 光 的 自 动 化 作 业。在实 际 施 工 过 程 中，工 人 仅 需 利 用 定 位 杆 标 定 工 作 年 期 总 第 期 曹 晟，杨 明 基 于 机 器 人 的 智 能 化 混 凝 土 施 工 技 术 研 究 区 域，机 器 人 即 可 自 行 生 成 作 业 路 径，自 动 完 成 施 工，从 而 有 效 降 低 工 人 工 作 强 度。（）施 工 效 率 高采 用 智 能 随 动 布 料 机 布 料，利 用 智 能 随 动 系 统 的简 易 操 作，节 省 工 人 体 力，可 加 快 布 料 速 度
8、。地 面 整平 机 器 人 经 项 目 实 践，整 平、抹 光 效 率 远 远 大 于 人 工，且 机 械 化 可 不 断 作 业。通 过 建 筑 机 器 人 的 流 水 作 业，构 建 出 了 混 凝 土 地面 流 程、一 体 化 施 工 新 工 艺，提 升 了 施 工 效 率、保 证 了施 工 质 量、减 少 了 施 工 人 员 配 置。工 艺 原 理智 能 随 动 布 料 机 整 机 由 底 座、大 臂、配 重 臂、配 重和 吊 管 五 部 分 组 成，设 备 具 有 自 动、随 动、点 动 和 人 工四 种 操 作 模 式。在 自 动 模 式 下，设 备 以 底 座 为 原 点，按需
9、生 成 路 径，在 覆 盖 范 围 内 自 动 布 料。布 料 管 尾 端 设置 末 端 控 制 装 置，随 动 模 式 下，布 料 机 根 据 操 作 人 员 对手 柄 发 出 操 作 指 令，根 据 算 法 驱 动 大 小 臂 联 合 运 动，实现 单 人 布 料 作 业。布 料 机 施 工 情 况 如 图 所 示。图 智 能 随 动 布 料 机 施 工整 平 机 器 人 通 过 高 精 度 激 光 识 别 测 量 系 统 和 实时 控 制 系 统，使 刮 板 始 终 保 持 在 毫 米 级 精 度 的 准 确 高度，从 而 精 准 控 制 混 凝 土 楼 板 水 平 度。基 于 导航 系
10、 统，能 够 自 主 设 定 整 平 规 划 路 径，实 现 全 自 动 整平 施 工，如 图 所 示。图 整 平 机 器 人 施 工抹 光 机 器 人 通 过 智 能 运 动 控 制 算 法，融 合 导 航 技 术 及 定 位 技 术，能 实 现 全 自 动 高 质 量 的抹 光 工 作，施 工 场 景 如 图 所 示。传 统 建 筑 机 器 的 灵 敏 度 不 够 高，不 能 精 确 定 位，往 往 存 在 一 定 的 偏 差，这 不 只 是 控 制 其 量 程 精 度 就 能图 抹 光 机 器 人 施 工够 解 决 的 问 题。利 用 尖 端 的 材 料，往 往 会 提 高 成 本，在
11、优 化 定 位 轨 迹 及 结 构 的 同 时，融 入 多 个 传 感 器 和 结合 的 算 法，弥 补 原 有 的 缺 陷，并 节 约 成 本，使 施 工 作 业的 精 度 得 到 提 高。工 艺 流 程施 工 工 艺 流 程 如 图 所 示。图 工 艺 流 程 操 作 要 点.标 高 引 测（）作 业 层 的 楼 板 浇 筑 后，要 在 层 墙 柱 钢筋 上 抄 测 距 作 业 层 建 筑 面 的 标 高 控 制 点（即.），抄 测 时 尽 量 前 后 视 线 等 长。柱 主 筋 上 用 红蓝 铅 笔 画 点，用 红 油 漆 以 铅 笔 点 向 下 做 标 记，以 油 漆上 平 为 准，油
12、 漆 宽 度 以 为 宜。福 建 建 筑 年（）浇 筑 前，根 据 引 测 标 高 复 核 梁 板 模 板 标 高 及平 整 度，水 电 管 线 预 埋 后 钢 筋 是 否 超 出 楼 板 厚 度。.浇 筑 前 检 查、复 核、验 收在 整 平 和 抹 光 机 器 人 施 工 前，对 板 面 进 行 验 收。其 一 检 查 施 工 前 置 条 件 的 质 量，确 保 板 面 筋 标 高 合格，无 钢 筋 头 突 出 设 计 标 高。对 影 响 楼 面 标 高 的 水 电安 装、预 埋、管 线 交 叉 等，提 前 优 化 解 决。其 二 确 保 板面 无 突 出 物，确 保 机 器 人 安 全
13、运 行。.机 器 人 出 库 前 准 备 及 出 库施 工 前，对 工 人 进 行 机 器 人 的 安 全 施 工 技 术 详 细交 底，并 施 工 模 拟，以 及 接 通 打 开 电 源，详 细 检 查 机 器人 硬 件 设 施，控 制 盒 和 遥 控 器 是 否 正 常 等。.吊 装 智 能 随 动 布 料 机将 支 撑 底 座 安 装 到 层 预 留 洞 口，洞 口 四 周楼 板 需 要 回 顶 支 撑，然 后 将 标 准 节 安 装 到 支 撑 底座 上，将 主 体 臂 架 安 装 到 标 准 节 上，再 将 配 重 箱 吊 至配 重 臂，即 可 通 电 运 行。.安 装 激 光 发
14、射 器安 装 整 平 机 器 人 的 辅 助 设 备 激 光 发 生 器，先 架 设三 角 架，安 置 三 角 架 上 的 激 光 发 射 器，调 整 三 脚 架 气泡 居 中，启 动 发 射 器，确 认 激 光 发 射 器 正 常 运 行。.标 高 复 核 检 查（）场 地 标 高 复 核：将 标 定 杆 上 的 刻 线 对 齐 现 场 标 高 线，保 持 标 定 杆 竖 直，调 整 激 光 发 射 器 高 度，保 证 接 收 器 信 号 显 示 为 零。调 整 完 毕 后，选 择 其 他 线 复 测 标 高，误 差 在.以 内。（）整 平 机 标 高 接 收 调 校：依 据 激 光 发 射
15、 器 的 水平 基 准，结 合 楼 板 结 构 完 成 面 标 高，调 整 激 光 接 收 器至 合 适 高 度。（）标 高 线：每 个 墙 柱 拐 角、四 角 均 需 设 置 准 确的 水 准 标 高 点，便 于 施 工 过 程 中 跟 踪 复 核。板 面 墙 柱 线 或 线 标 高 误 差 控 制 在 内。.整 平 机 路 径 规 划地 面 整 平机 器 人 采 用 四 点 标 定 方 式，确 定 整 平 机工 作 范 围，并 自 动 生 成 路 径。利 用 采 集 施 工 区 域坐 标 信 息，通 过 操 作 平 板，将 实 际 样 点 坐 标 与 地 图 对 应。或 提 前 先 对 建
16、 筑 物 进 行 建 模，机 器 人进 场 作 业，从 建 筑 物 模 型 里 提 取 建 筑 楼 板 信 息，构建 导 航 地 图，使 用 路 径 规 划 算 法，为 机 器 人 规 划 全 局 路径。操 作 平 板 上，将 自 动 生 成 机 器 人 作 业 路 径，确 认路 径 无 问 题 后，即 可 点 击“启 动”按 钮，机 器 人 将 自 动 进入 作 业 区 域 施 工。规 划 路 径 如 图 所 示。.智 能 随 动 布 料 机 布 料智 能 随 动 布 料 机，由 一 名 工 人 辅 助 移 动 布 料 管 末端 精 确 布 料。工 人 通 过 操 控 手 柄，控 制 大 小
17、 臂 架 摆动，一 人 即 可 完 成 布 料。.机 器 人 整 平 施 工根 据 布 料 情 况，粗 摊 平 后，控 制 机 器 人 前 往 施 工图 云 地 图 提 起 规 划 路 径区 域 进 行 整 平。在 刮 板 垂 直 放 在 粗 摊 平 混 凝 土 面 上，控 制 机 器 人 进 行 施 工 作 业。作 业 过 程 应 注 意 观 察 机器 人 的 整 平 效 果，如 出 现 整 平 效 果 不 佳，需 将 机 器 人速 度 调 至 整 平 效 果 最 佳 状 态，机 器 人 在 施 工 过 程 中，应 注 意 观 察 预 埋 件、柱 子 钢 筋 的 边 缘 是 否 影 响 机
18、器 人的 整 平 路 径，如 有 影 响，需 控 制 机 器 人 避 让。整 平 施工 中，当 机 器 人 的 刮 板 与 露 出 钢 筋 碰 撞，需 停 止 机 器人，进 行 标 高 的 二 次 复 测，然 后 再 进 行 整 平。.抹 光 机 器 人 作 业 区 域 标 定（）浇 筑 整 平 完 成 后，待 混 凝 土 楼 面 达 到 初 凝 状态，表 面 硬 度 达 到 要 求（人 行 走 不 留 下 深 痕），准 备 抹光 机 器 人 抹 光 作 业。（）用 混 凝 土 抹 光 机 器 人 采 用 四 点 标 定 方 式 确定 抹 光 机 工 作 范 围，并 自 动 生 成 路 径。首
19、 先 确 定 施 工区 域 四 个 角 点、的 位 置，采 集 的 个 点 构 成四 边 形。采 集 完 成 后，机 器 人 会 自 动 生 成 标 定 区 域 内 的 施 工 路 径 规 划，自 动 施 工 路 径 规 划 如 图 所 示。图 自 动 施 工 路 径 规 划 示 意 图.机 器 人 抹 光 施 工（）作 业 区 域 标 定 及 路 径 规 划 确 认 无 误 后，将 机器 移 动 至 作 业 路 径 的 初 始 点，启 动 抹 光 作 业。（）机 器 人 依 照 规 划 路 径，利 用 导 航，自 动 年 期 总 第 期 曹 晟，杨 明 基 于 机 器 人 的 智 能 化 混
20、 凝 土 施 工 技 术 研 究 进 行 规 划 路 径 的 混 凝 土 抹 光 施 工 工 作，直 到 完 成 所 规划 路 径 的 混 凝 土 抹 光 工 作。（）需 根 据 路 径 完 成 遍 抹 光 作 业。.作 业 完 成 验 收（）根 据 施 工 图 纸，验 收 截 面 尺 寸 是 否 符 合 要求，楼 板 厚 度 以 及 降 标 高 是 否 符 合 要 求，有 无 缺 棱 掉角、楼 板 漏 筋 情 况。（）混 凝 土 浇 筑 完 毕 后，应 按 施 工 技 术 方 案 及 时采 取 养 护 措 施，对 于 大 体 积 混 凝 土，养 护 过 程 应 进 行温 度 控 制。（）复
21、核 现 场 楼 板 平 整 度、标 高 以 及 施 工 观 感 质量，进 行 数 据 评 定 保 存。.清 洗、拆 卸 及 回 库 维 保智 能 随 动 布 料 完 成 浇 筑 后，及 时 清 洗 泵 管，清 洗机 身 和 软 管 后，利 用 塔 吊 拆 卸 回 库 或 周 转 至 其 余 楼 栋使 用。作 业 完 成 后，将 激 光 发 射 器、整 平 机 上 的 激 光接 收 器 拆 卸 装 箱，将 机 器 人 移 动 至 指 定 地 点 及 时 清洗。抹 光 机 清 洗 部 位 主 要 为 抹 刀、抹 盘，整 平 机 清 洗部 位 主 要 为 轮 胎 内 外 侧、刮 板 以 及 振 捣
22、板。清 洁 后 覆盖 防 水 彩 条 布，其 余 设 备 等 带 回 仓 库。质 量 控 制.施 工 标 准 及 合 格 率 要 求浇 筑 结 果 偏 差 范 围 应 在 混 凝 土 结 构 工 程 施 工 质量 验 收 规 范（）及 建 筑 地 面 工 程 施 工质 量 验 收 规 范（）允 许 偏 差 范 围 内。.测 试 方 法混 凝 土 施 工 完 成 后 以 内，使 用 水 准 仪、塔 尺进 行 楼 面 水 平 度 测 量。要 求 每 跨 楼 板 至 少 测 个 点，面 积 较 大 的 楼 板 测 个 点，所 有 测 试 点 水 平 度 允 许 偏差 在 以 内。.机 器 人 综 合
23、 要 求（）机 器 人 储 存、工 作、耐 腐 蚀 性 能 应 符 合（.）、（.）的 规 定；（）机 器 人 的 性 能 与 电 流、电 阻 参 数 应 符 合（）、（.）等 的 规 定。安 全 措 施（）机 器 人 与 其 他 机 械 设 备 的 要 求 通 常 不 同，如它 的 大 运 动 范 围、快 速 的 操 作、手 臂 的 快 速 运 动 等，这些 都 会 造 成 安 全 隐 患。（）阅 读 和 理 解 使 用 说 明 书 及 相 关 的 文 件，并 遵循 各 种 规 程，以 免 造 成 人 身 伤 害 或 设 备 事 故。用 户 有责 任 保 证 机 器 人 安 全 的 操 作
24、环 境，且 符 合 和 遵 守 地 方及 国 家 有 关 安 全 性 的 法 令、法 规 及 条 例。（）所 有 工 作 人 员（安 全 管 理 员、安 装 人 员、操 作人 员 和 维 修 人 员）必 须 时 刻 树 立“安 全 第 一”的 思 想，确 保 安 全。效 益 分 析.经 济 效 益以 广 东 博 嘉 拓 建 筑 科 技 有 限 公 司 承 建 的 凤 桐 花 园一 期 项 目 为 例，智 能 随 动 布 料 机 单 层 浇 筑，可 省 人 工 两人，节 省 人 工 费约 元 层。整 平 机 器 人 和 抹 光 机 器人 作 业 效 率 和 人 员 数 量均 优 于 传 统 方
25、式。整 平 机 器 人单 位 面 积 可 节 约 成 本.元，抹 光 机 器 人 单 位 面积 可 节 约.元，凤 桐 花 园项 目 使 用 机 器 人 混 凝 土施 工 楼 层 共 层，施 工 面 积 约，计 算 可 得，基 于 机 器 人 的 智 能 化 混 凝 土 施 工 工 法 对 比 传 统 施 工 方法，共 节 约 元。.环 保 效 益本 工 法 的 应 用，可 以 减 少 施 工 现 场 因 人 工 作 业 造成 的 环 境 污 染，降 低 施 工 现 场 的 噪 声 污 染，具 有 良 好的 环 保 效 益。.节 能 效 益本 工 法 使 用 了 智 能 随 动 式 布 料 机
26、、地 面 整 平 机 器人 和 地 面 抹 光 机 器 人 协 作 作 业，工 作 效 率 有 很 大 提升，符 合 国 家 的 节 能 减 排 政 策。.社 会 效 益随 着 该 工 法 的 推 广 应 用，标 志 着 广 东 博 嘉 拓 建 筑科 技 有 限 公 司 利 用 机 器 人 施 工 正 式 落 地，未 来 将 会 有更 多 的 建 筑 机 器 人 实 现 落 地 应 用，将 有 效 替 代 人 工，实 现 安 全、高 效、精 确 的 建 筑 部 品 部 件 生 产 和 施 工 作业，为 国 内 建 筑 机 器 人 研 发 利 用 拓 展 空 间，为 行 业 提供 优 质 工 程
27、，争 取 成 为 行 业 标 杆。结 论经 多 个 工 地 实 践 证 明，本 技 术 可 适 用 于 住 宅、商业、工 厂、道 路、机 场、码 头、货 场 堆 场、机 场 跑 道 等 大面 积 混 凝 土 工 程 施 工。基 于 机 器 人 的 智 能 化，混 凝 土施 工 技 术 是 一 种 效 率 高，经 济 实 用 的 技 术，极 大 地 降低 劳 动 强 度，提 高 施 工 进 度，能 有 效 解 决 建 筑 行 业 劳动 力 不 足 的 问 题，提 高 建 筑 物 的 质 量 和 性 能，促 进 建筑 业 可 持 续 发 展；能 够 很 好 地 提 高 建 筑 工 程 的 安 全、
28、质 量 和 效 率，也 能 够 大 幅 减 少 工 地 上 的 建 筑 垃 圾 和 废弃 物，减 少 碳 排 放，助 力 国 家 实 现“双 碳”目 标，为建 筑 机 器 人 的 推 广 应 用 树 立 良 好 典 范。参 考 文 献 李 念 勇 智 能 建 筑 机 器 人 与 施 工 现 场 结 合 的 探 讨 建筑，（）：混 凝 土 地 面 处 理 机 器 人“上 岗”混 凝 土，（）：张 皓 涵 建 筑 施 工 机 器 人 技 术 的 应 用 与 发 展 广 东 建材，（）：王 凡 基 于 的 建 筑 机 器 人 自 主 导 航 及 行 为 安 全 控制 方 法 研 究 天 津：河 北 工 业 大 学 杨 国 强 加 快 应 用 智 能 建 造 产 品 技 术 施 工 企 业 管理，（）：
